作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为了满足高功率微波系统对微波输出窗高功率容量和紧凑化的应用需求,以传统盒型窗的设计理论为基础,通过优化窗体结构和添加过渡段等手段,设计了一种C波段小型化高功率微波输出窗。通过增大窗体表面积、改变矩形波导-圆波导过渡段的连接方式可提高功率容量并缩小微波输出窗的纵向尺寸;采用“I”型的窗体结构可有效抑制三相点(真空-介质-金属)附近的次级电子倍增效应对输出窗性能的影响。在电磁仿真的基础上采用粒子模拟(Particle-in-Cell)的方法研究了微波输出窗三相点附近的次级电子倍增效应,从微观角度进一步证实了“I”型窗体结构可使三相点位置发生移动,减小三相点发射的电子在窗片表面产生次级电子倍增效应的概率,降低微波输出窗的击穿风险。设计结果表明,微波输出窗在中心频点处的主模反射系数低于0.01,传输效率高于99.9%,功率容量可达47.9 MW。
高功率微波 输出窗 小型化 功率容量 三相点 次级电子倍增效应 high power microwave output window miniaturization power capacity triple point multipactor 
强激光与粒子束
2024, 36(3): 033008
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为使LC谐振充电方案具有更高的升压范围和提高其对供电电压的适应性,采用了一种带有升压结构的电路拓扑,使得LC谐振充电方案具有升压和降压工作能力,同时采用了基于能量实时检测的控制算法,使得该方案能够根据预设参数准确充电和放电,增强了对供电电压波动的适应能力。初步的实验结果表明,在供电电压波动的情况下,该电源能够完成升降压的调节,且最大电压偏差小于5 V。
LC谐振 充电电源 重复频率 脉冲功率 适应性 LC resonant capacity charging power supply repetition rate pulse power adaptability 
强激光与粒子束
2023, 35(8): 085003
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
开展了E型波导振荡器永磁引导系统的物理与设计研究。对强流相对论电子束在理想方波形反转引导磁场中的传输条件进行了理论分析,给出了相对论条件下轴对称复合场中电子束的傍轴轨迹方程和最小引导磁场的计算公式。根据该理论分析,针对C波段E型波导振荡器高频互作用区的结构特点,设计了反转永磁引导系统,同时给出了漂移管内各个磁场分量的表达式。该系统由轴径向磁化空心永磁体组合产生反转引导磁场,永磁体的总质量约为2.5 kg。采用爆炸发射阴极,展示了强流相对论电子束在该引导磁场中的传输特性。研究结果显示,所设计反转永磁引导系统可引导400 kV、580 A的环形电子束稳定通过半径为6 mm的漂移管,带入器件,得到112.5 MW的4.8 GHz微波输出功率,效率为48.49%,确定了反转永磁引导系统应用于E型波导振荡器的技术可能性。
反转永磁引导磁场 E型波导振荡器 强流相对论环形电子束 粒子仿真 能散度 reverse permanent magnet guidance magnetic field E-type waveguide oscillator annular intense relativistic electron beam particle simulation energy divergence 
强激光与粒子束
2023, 35(7): 073002
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
以AC-LinkTM能量变换的方式为基础,对变换器的拓扑结构和工作模式进行了改进,使谐振电路得以工作在双极性模式下,并基于新拓扑设计了相应的换流时序和控制算法,增强了变换器对三相输入电压波动的适应性,使其具备了理论上任意倍数的升压能力和高输入功率因数。利用Matlab/Simulink搭建了30 kW仿真模型,仿真结果显示,在三相电网输入、变压器变比1∶1及阻性负载的条件下,输出电压达到3 kV,升压能力达到了6倍。这表明该变换器具有大范围输出电压工作的能力。
交流链接技术 串联谐振 AC-DC变换器 状态平面分析法 电荷分配 AC-Link series resonance AC-DC converter state plane analysis charge distribution 
强激光与粒子束
2023, 35(7): 075001
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为满足高功率微波系统功率容量和紧凑化需求,提出了一种新型波导双工器。选用过模波导进行设计以提高功率容量,引入三角形金属插片结构谐振腔设计滤波器并在其间引入波导弯头以实现紧凑化。采用微波网络方法对滤波器进行理论分析并设计了两个工作在X波段的滤波器,选择终端短路法确定T型结尺寸并组成双工器。利用电磁仿真软件建模优化和仿真模拟,并对实物进行测试。仿真与测试结果表明,该波导双工器单通道工作时的功率容量分别大于0.11 GW和0.12 GW,两个通道的传输效率分别大于83.9%和82.4%,通道间隔离度大于20 dB。此外还可以根据需求增加滤波器阶数和引入更多的波导弯头以提高空间利用率。
波导双工器 过模波导 波导弯头 三角形插片 功率容量 waveguide diplexer overmoded waveguide waveguide bend triangular inserts power-handling capacity 
强激光与粒子束
2023, 35(3): 033002
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
重频条件下电容器充电电源谐振电路由于谐振电容剩余电压的存在从而产生异常振荡,进而引发开关过流导致电源故障。针对这一问题,在分析谐振电路工作原理基础上,提出了在每个充电周期结束后,通过控制电源自身的部分开关导通,从而释放谐振电容剩余电压的解决方法,不仅可以让谐振电路趋于稳定,还避免了添加泄放电路的缺点,其控制方法也简单通用。对800 V/6 A的充电电源进行了电路仿真和实验验证,仿真和实验结果均表明,本文提出的方法可以在充电周期结束后将谐振电容上的剩余电压迅速归零,谐振电流也趋于稳定,有效抑制了谐振电路的异常振荡,从而验证了方法的有效性和实用性。
谐振电路 电容器充电电源 重复频率 振荡抑制 开关控制 resonant circuit capacitor charging power supply repetition frequency oscillation suppression switch control 
强激光与粒子束
2022, 34(7): 075018
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
为了实现机械相控阵列天线的波束扫描,采用微型无刷直流电机驱动螺旋天线单元转动来到达预定的辐射相位。设计了一种新型微型无刷直流电机位置控制系统,构建了比例滑模面-超螺旋二阶滑模控制器用于速度控制,利用结合速度剖面策略的PID控制算法实现了转动位置的中间过程控制。建立了基于Simulink的系统仿真模型,验证了方案的可行性,并构建了FPGA硬件实验平台。仿真和实验结果均表明,微型无刷直流电机驱动天线单元精确按照预设的速度剖面曲线运行,在50 ms控制周期内转动角度达到180°,中间控制过程的位置跟踪误差和平衡位置处的残余震荡误差均小于±3°。
无刷直流电机 二阶滑模控制 速度剖面策略 现场可编程逻辑门阵列 brushless DC motors second order sliding mode control velocity profile strategy FPGA 
强激光与粒子束
2022, 34(4): 043001
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
针对全固态直线变压器驱动源(LTD)中大规模开关同步触发的需求,设计了一款基于ZYNQ-7000 SoC平台的全数字多路脉冲延时系统。介绍了该系统各功能模块,并重点从时间数字转换器(TDC)、多路脉冲输出及ARM核控制三个模块进行分析设计。详细阐述了TDC模块抽头延时法原理及高精度进位链的构造;采用粗延时和细延时结合设计多路脉冲输出模块,有效提高信号的延时精度和范围,且模块化设计提高了通道数目的可扩展性;阐述ARM核控制流程,实现了响应快、稳定性高的控制。最后对系统进行了仿真验证,固化后在器件上进行了实测。实验结果表明,系统能够对外部触发信号实现多路延时输出,信号脉冲宽度1200 ns,幅值1.8 V,延时步进1 ns,延时调节范围0~4.29 s,输出误差低于1 ns。
同步触发 多路脉冲延时系统 片上系统 进位链 时间数字转换器 synchronous trigger multi-channel pulse; delay system system on chip carry chain time-to-digital converter 
强激光与粒子束
2021, 33(10): 105001
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院,成都 610031
提出了一种基于AC-link的新型电机驱动充电一体化拓扑结构,可以满足电机驱动控制和充电两种工作模式。该拓扑正向工作时驱动电机为电机驱动控制状态、反向工作时给蓄电池充电为充电状态。首先对该新型拓扑结构两种工作模式的工作原理进行详细介绍,采用有效的控制策略并使用Simulink软件搭建仿真模型,对一体化拓扑结构和控制策略进行验证,仿真结果表明,该拓扑工作在充电模式时可以满足电池全部充电阶段的不同电压需求;工作于电机驱动模式,无论是加速过程还是正常工作过程,定子电流均呈现良好的三相正弦形态,并且转速可以达到给定值,从而证明了这种拓扑结构和控制策略的可行性。
电动汽车 电机驱动 一体化 矢量控制 AC-link electric vehicle motor drive integration AC-link vector control 
强激光与粒子束
2020, 32(3): 035004
作者单位
摘要
西南交通大学 物理科学与技术学院, 成都 610031
对用于高压场合的LCC谐振变换器进行了分析和研究, 采用基波近似法推导等效模型, 建立了谐振电路的大信号模型和等效模型, 对LCC谐振变换器的稳态特性进行分析, 采用了一种以输入阻抗角为限定条件的参数设计方法, 该方法可以实现谐振变换器零电压开关的同时兼顾谐振电流对效率的影响。在大信号模型的基础上, 建立了小信号模型, 得到输出电压与输入占空比之间的传递函数, 从而建立闭环系统, 实现电压的宽范围输出。通过Simulink仿真验证了所设计的LCC谐振变换器可实现全负载范围的零电压开关(ZVS), 说明了设计方法的可行性。
LCC谐振 稳态分析 小信号模型 闭环 零电压开关 LCC resonance steady state analysis small signal model closed loop zero voltage switch 
强激光与粒子束
2019, 31(4): 040009

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